DE2843402A1

DE2843402A1 - Small power DC motor - has permanent magnet excitation system with laminated rear circuit and rotor core with iron filling factor smaller than 0.9

Info

Publication number: DE2843402A1
Application number: DE19782843402
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Ing Mueller
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1978-10-05
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1980-04-24

Abstract

The small d.c. motor has a permanent magnet excitation system surrounding the rotor. Its permanent magnet(s) have a soft ferromagnetic back circuit, and a laminated rotor core supports the armature windings. The excitation system's (14) permanent magnets have a relatively small-w.r.t. iron-natural remanent induction, and the rotor's laminated core(23) and/or the rear circuit(14) have an iron filling factor(f) much smaller than 0.9, and/or the tooth heads of the rotor core(23) are at least partly reduced. The laminations of the stator block can be at least partially separated from each other by a material of limited specific gravity. The magnetically-inactive intermediate spaces between the rotor plates can be formed as distancing discs.

Description

Gleichstrom-Kleinmotor Small DC motor

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Kleinmotor mit einem permanent-magnetischen, den als -Innenläufer ausgebildeten Rotor umgebenden Erregersystem, dessen Permanentmagnet oder Permanentmagnete vorzugsweise mit einem weichferromagnetischen Rückschluß versehen ist bzw. sind und mit einem aus Eisenblechen geschichteten, Ankerwicklungen tragenden Rotorblechpaket.The invention relates to a small direct current motor with a permanent magnetic, the excitation system surrounding the rotor, which is designed as an internal rotor, its permanent magnet or permanent magnets preferably provided with a soft ferromagnetic yoke is or are and with an armature winding layered from sheet iron Rotor core.

Ein derartiger Kleinmotor ist bekannt aus dem JA-Gbm 34/6123..Such a small motor is known from JA-Gbm 34/6123 ..

Solche Kleinmotoren werden für vielfältige Antriebaufgaben eingesetzt, z.B; zum Aufwicklen in Kassetten-Tonbandgeräten, zum Antrieb von Druckwerken, Vorschubvorrichtungen etc. Für viele dieser Anwendungen wird ein niedriges axiales Trägheitsmoment (sogenanntes GD2) gefordert, z.B. um bei einem Tonbandgerät Bandsalat oder ein Oberdehnen der Bänder zu vermeiden.Such small motors are used for a variety of drive tasks, e.g. for winding in cassette tape recorders, for driving printing units, feed devices etc. For many of these applications, a low axial moment of inertia (so-called GD2) required, e.g. in order to avoid a tape clutter or an overstretching of the Avoid ligaments.

Bisher verwendete man deshalb für diesen Zweck eisenlose Motoren, die als Rotor nur eine eisenlose Leiterscheibe, einen Kupferkorb oder dergleichen aufweisen. Solche Konstruktionen sind naser teuer und scheiden deshalb vielfach aus Kostengründen aus.So far, ironless motors have been used for this purpose, which as a rotor only an ironless conductor disc, a copper basket or the like exhibit. Such constructions are expensive and therefore divorce many times for cost reasons.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen preisgünstigen Gleichstrom-Kleinmotor mit niedrigem axialem Trägheitsmoment zu schaffen.It is therefore the object of the invention to provide an inexpensive small direct current motor to create with low axial moment of inertia.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Als Permanent-Magnete für das Erregersystem kann man z.B. Magnete aus Bariumferrit verwenden, die bei Verwendung im magnetischen Kreis eines solchen Kleinmotors an ihrer Oberfläche nur eine remanente Induktion von 2 ... 3 kG aufweisen und da man im Rotoreisen ohne Schwierigkeit eine magnetische Induktion von 12 bis 15 kG erreichen kann, gelingt es , in einem solchen Fall im Rotor und auch im magnetischen Rückschluß mit einem Eisenfüllfaktor von etwa o,4 ...This object is achieved according to the invention by the claims 1 specified measures. As permanent magnets for the excitation system, e.g. Use magnets made of barium ferrite, which when used in the magnetic circuit of a Such a small motor only has a remanent induction of 2 ... 3 on its surface kG and since there is a magnetic induction in the rotor iron without difficulty from 12 to 15 kG, it succeeds in such a case in the rotor and also in magnetic yoke with an iron fill factor of about 0.4 ...

0,2 auszukommen. Auf diese Weise kann man das axiale Trägheítsmoment um einen entsprechenden Faktor reduzieren, ohne daß die Induktion im Luftspalt wesentlich verringert wird.0.2 get by. In this way one can determine the axial moment of inertia around reduce a corresponding factor without significantly reducing the induction in the air gap is decreased.

Zweckmässig wird der Raum zwischen den Blechen mit einem geeigneten leichten Füllstoff gefüllt, um nach wie vor eine massive, stabile Rotor konstruktion zu erhalten.The space between the sheets is expedient with a suitable one filled with light filler to maintain a solid, stable rotor construction to obtain.

E;ne weit überproportionale Reduzierung des axialen Trägheitsmoments gelingt nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung dadurch, daß das Eisenvolumen mindestens eines Teiles der Zahnköpfe reduziert ist. Diese Maßnahme verringert das Eisenvolumen ganz gezielt dort, wo es-einen besonders hohen Einfluß auf die Größe des axialen Trägheitsmoments hat und wo schon relativ geringe Material reduzierungen zu einer starken Verringerung des axialen Trägheitsmomentes führen.E; ne far disproportionate reduction in the axial moment of inertia succeeded according to a further preferred feature of the invention in that the iron volume at least part of the tooth tips is reduced. This measure reduces that Iron volume specifically there, where it has a particularly high influence on the size of the axial moment of inertia and where relatively small material reductions lead to a strong reduction in the axial moment of inertia.

Weitere Einz-elheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen: Es zeigt Figur 1 einen Schnitt-durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Kleinmotors, gesehen sehe längs der Linie I - I der Figur 2, Figur 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie II - II der Figur 1, Figur 2A einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2, Figuren Zwei Draufsichten auf einen bevorzugten Blechschnitt 3/4 für ein erfindungsgemäßes Rotorblechpaket, Figur 5 eine Einzeldarstellung eines Zahnkopfs in der Draufsicht, Figur 6 einen weiteren erfindungsgemäßen Blechschnitt, Figur 7 noch einen erfindungsgemäßen Blechschnitt, Figur 8 zwei vergrößert dargestellte Rotorbleche im Schnitt, Figur 9 eine alternative Rotorkonstruktion.Further details and advantageous developments of the invention result from the following described and shown in the drawing, Embodiments are in no way to be understood as a restriction of the invention and from the subclaims: FIG. 1 shows a section through a first exemplary embodiment of a small direct current motor according to the invention, seen along line I. - I of Figure 2, Figure 2 shows a section, seen along the line II - II of the figure 1, FIG. 2A an enlarged detail from FIG. 2, FIGS. Two top views on a preferred sheet metal cut 3/4 for a rotor core according to the invention, FIG. 5 shows an individual representation of a tooth head in plan view, FIG. 6 shows a further sheet metal section according to the invention, FIG. 7 another sheet metal section according to the invention, Figure 8 shows two enlarged rotor laminations in section, Figure 9 an alternative Rotor construction.

Figur 1 zeigt einen Gleichstrom-Kleinmotor lo mit einem Rotor 11 und einem Stator 12, bei dem zwei etwa trapezförmige Dauermagnete 13 aus Baiumferrit in einem 8-eckigen magnetischen Rückschlußrahmen 14 durch Distanzglieder 15 festgehalten sind. Gemäß Figur 2hat der Stator 12 zwei Lagerschilde 16, 17, in denen die Rotorwelle 18 in üblicher Weise gelagert ist. Ferner hat der Rotor 11 einen Kollektor 19, und am Stator 12 sind isoliert-Bürsten 20 befestigt, die gegen den Kollektor 19 anliegen.Figure 1 shows a small DC motor lo with a rotor 11 and a stator 12, in which two approximately trapezoidal permanent magnets 13 made of Baium ferrite held in place by spacers 15 in an octagonal magnetic yoke frame 14 are. According to Figure 2, the stator 12 has two bearing plates 16, 17 in which the rotor shaft 18 is stored in the usual way. Furthermore, the rotor 11 has a collector 19, and insulated brushes 20 are attached to the stator 12 and bear against the collector 19.

Wie man aus Figur 1 erkennt, ist der Rotor 11 ein Dreifach-T-Anker, in dessen drei Nuten wie dargestellt eine konzentrierte Wicklung eingewickelt ist, die an den Kollektor 19 angeschlossen ist. As can be seen from Figure 1, the rotor 11 is a triple-T armature, in the three slots of which a concentrated winding is wrapped as shown, which is connected to the collector 19.

Die Magnete 13 erzeugen an ihrer dem Rotor 11 zugewandten Seite nur eine Induktion von etwa 3 kG, da sie selbst praktisch wie ein Luftspalt wirken. Das Blechpaket 23 des Rotors 11, das in Figur 2A im Schnitt vergrößert dargestellt ist, hat deshalb einen Eisenfüllfaktor, der wesentlich kleiner ist als o,9, wobei gemäß Figur 2A die Zwischenräume zwischen den einzelnen Blechen 24 jeweils mit.einem Kunststoff 25 (gegebenenfalls mit Füllstoffen) oder einem sonstigen geeigneten Werkstoff ausgespritzt sind, um einen massiven Rotorkörper zu erhalten. Der Eisenfüllfaktor f wird zweckmäßig so gewählt, daß für ihn die Beziehung gilt wobei BL die mittlere Induktion (=Flußliniendichte) im Luftspaltund BFe die im Rotorblechpaket technisch mögliche Induktion ist-. Letztere beträgt bei Eisen etwa 12 bis 15 kG, während BL bei einem Bariumferritmagneten etwa 3 kG und bei einem sogenannten Gummi magneten (Mischung aus einem Elastomer und Hartferriten) sogar nur rund 2 kS-beträgt. (Umrechnung in Tesla: lo kG = 1T).The magnets 13 only generate an induction of about 3 kG on their side facing the rotor 11, since they themselves act practically like an air gap. The laminated core 23 of the rotor 11, which is shown enlarged in section in FIG. 2A, therefore has an iron fill factor which is significantly smaller than 0.9, whereby according to FIG with fillers) or some other suitable material in order to obtain a solid rotor body. The iron fill factor f is expediently chosen so that the relationship applies to it where BL is the mean induction (= flux line density) in the air gap and BFe is the induction that is technically possible in the rotor core. The latter is around 12 to 15 kG for iron, while BL is around 3 kG for a barium ferrite magnet and only around 2 kS for a so-called rubber magnet (mixture of an elastomer and hard ferrite). (Conversion in Tesla: lo kG = 1T).

In der gleichen Weise kann auch-der Eisenrtickschluß 14 11verdünnt' werden. Die wirksame Induktion vermindert sich hierbei zwar etwas, da diese Maßnahmen praktisch wie eine geringfügige Vergrößerung des Luftsptalts wirken und auch die Permeabilität des Eisens etwas abnimmt, doch stören diese Effekte gewöhnlich nicht. Praktisch kann man im Normalfall zwischen 6o und 80% des Eisens weglassen, ohne daß sich der magnetische Kreis des Motors nennenswert verschlechtert, und man erreicht hierdurch äußerst günstige Werte für das axiale Trägheitsmoment bei sehr niedrigen Motorkosten, da es sich ja im übrigen um Standardkonstruktionen handelt, die voll durchrationalisiert sind.In the same way, the iron slip can also be diluted will. The effective induction is reduced somewhat because these measures practically act like a slight increase in the air space and also the Iron permeability decreases somewhat, but these effects usually do not interfere. In practice, you can normally leave out between 60 and 80% of the iron without that the magnetic circuit of the motor deteriorates significantly, and one achieves as a result, extremely favorable values for the axial moment of inertia at very low Motor costs, since it is, by the way, standard constructions that are fully are thoroughly rationalized.

Eine besonders günstige Version zeigen die Figuren 3 und 4 an einem Blechschnitt 27. Hier sind bei einem Teil der Rotorzähne an den etwa T-förmigen Zahnköpfen 29 die einen Schenkel 30 längs einer Linie 33 schräg abgeschnitten, und zwar etwa parallel zu den verbleibenden Schenkeln 31, so daß Zahnsteg 32 und verbleibender Zahnkopf überall etwa denselben Materialquerschnitt haben. Die Blechschnitte 27 werden alternierend geschichtet, d.h. auf einen Schnitt mit der Lage nach Figur 3 folgt einer mit der Lage nach Figur 4, so daß sich gemäß Figur 5 in der Draufsicht die verbleibenden Zahnköpfe 31 wieder fast zu einem kompletten Zahnkopf ergänzen. Mit Vorteil wählt man aber die schräge Schnittlinie 33 so, daß sich in der Mitte des Zahnkopfs eine kleine Vertiefung 34 ergibt. In der Praxis wirkt dies wie eine Verdoppelung der Nutenzahl und verhindert effektiv, daß der Rotor irgendwelche Vorzugsstellungen im magnetischen Feld des Stators einnimmt. Die Statorkonstruktion kann im übrigen derjenigen nach den Figuren 1 und 2 entsprechen.Figures 3 and 4 show a particularly favorable version on one Sheet metal cut 27. Here are some of the rotor teeth on the approximately T-shaped Tooth heads 29 cut off one leg 30 obliquely along a line 33, and although approximately parallel to the remaining legs 31, so that toothed web 32 and the remaining Tooth tip have approximately the same material cross-section everywhere. The sheet metal cuts 27 are alternately layered, i.e. on a cut with the layer according to the figure 3 follows one with the position according to FIG. 4, so that according to FIG. 5 in plan view complete the remaining tooth tips 31 again almost to form a complete tooth tip. However, it is advantageous to choose the inclined cutting line 33 so that it is in the middle of the tooth tip results in a small recess 34. In practice, this acts like one Doubling the number of grooves and effectively prevents the rotor from any preferred positions occupies in the magnetic field of the stator. The stator construction can also correspond to those according to FIGS. 1 and 2.

Eine andere Version 37 zeigt Figur 6. Dort sind ebenfalls die Zahnköpfe an einer Seite schräg abgeschnitten, aber links und rechts alternierend, sodaß die verbleibenden Zahnkopfspitzen 31, 31' jeweils paarweise in Richtung zueinander deuten. Man braucht dann nur bei der Schichtung des Blechpakets die Bleche jeweils um eine Zahnteilung zu verdrehen, um das Bild nach Figur 5 zu erhalten. Bei Figur 3 und 4 dagegen muß man jedes zweite. Blech umdrehen, Was in der Fertigung eine erhebliche Erschwernis bedeutet.Another version 37 is shown in FIG. 6. The tooth tips are also there cut diagonally on one side, but alternating left and right so that the remaining tooth tip tips 31, 31 'each point in pairs in the direction of one another. You then only need to layer the laminated core the sheets to be rotated by one tooth pitch in each case in order to obtain the image according to FIG. In Figure 3 and 4, however, you have to every second. Turn over sheet metal, What in production means a considerable difficulty.

Eine andere Version 40 zeigt Figur 7. Dort fehlt jeder zweite Zahnkopf 29 vollständig, während die übrigen Zahnköpfe komplett sind. Durch Verdrehen der aufeinanderfolgenden Bleche um je eine Zahnteilung erhält man auch hier das mit strichpunktierten Linien 41 angedeutete Bild des kompletten Rotors.Another version 40 is shown in FIG. 7. Every second tooth head is missing there 29 complete, while the remaining tooth tips are complete. By twisting the successive sheets of one tooth pitch each, you get that here too Dotted lines 41 indicated image of the complete rotor.

Die Maßnahmen nach den Figuren 3 bis 7 können für sich allein eine Reduzierung des axialen Trägheitsmoments (des Rotorblechpakets allein) um ca. 15 bis 20X bewirken. Hinzu kommt die bereits beschriebene Verringerung durch die Verdünnung" des gesamten Blechpakets, so daß man bei einer - bevorzugten -Kombination dieser Maßnahmen ein sehr niedriges axiales Trägheitsmoment erhält..The measures according to Figures 3 to 7 can be a Reduction of the axial moment of inertia (of the rotor core alone) by approx. 15 effect up to 20X. In addition, there is the already described reduction through the dilution " of the entire laminated core, so that with a - preferred - combination this Measures a very low axial moment of inertia.

Figur 8 zeigt zwei Rotorbleche 43 und 44, die mit Sicken 45 oder dergleichen versehen sind, welche diese Bleche im gewünschten Abstand halten, um den günstigsten Eisenfüllfaktor zu erreichen. Die Zwischenräume 46 können z.B. mit einem gefüllten Kunststoff ausgespritzt werden. Bei Figur 9, die nur einen Teil des Rotorblechpaktes zeigt, sind auf einer Rotorwelle e 47 abwechselnd Eisenbleche 48 und Distanzscheiben 49 angeordnet, welch letztere einen Dqrchmesser haben, der z.B.FIG. 8 shows two rotor laminations 43 and 44, which are provided with beads 45 or the like are provided, which keep these sheets at the desired distance to the cheapest To achieve iron fill factor. The spaces 46 can, for example, be filled with a Plastic can be injected. In Figure 9, only part of the rotor lamination package shows, are on a rotor shaft e 47 alternately iron sheets 48 and spacers 49, the latter having a diameter e.g.

nur die Hälfte (oderlweniger) desjenigen der Bleche 48 beträgt, so daß die Distanzscheiben 49 (aus Eisen oder sonstigem Werkstoff - auch einem Kunststoff) nur ein sehr kleines axiales Trägheitsmoment haben, aber doch wesentlich zur Festigkeit des Rotors beitragen.is only half (or less) that of the sheets 48, so that the spacers 49 (made of iron or other material - also a plastic) have only a very small axial moment of inertia, but are essential for strength of the rotor.

Die Erfindung bringt also mit sehr einfachen Mitteln und praktisch ohne Zusatzkosten eine wesentliche Verbesserung. LeerseiteThe invention thus brings with very simple means and practical a significant improvement at no additional cost. Blank page

Claims

Patent - claims 1. DC small motor with a permanent-magnetic, the excitation system surrounding the rotor, designed as an internal rotor, its permanent magnet or permanent magnets, preferably with a soft ferromagnetic yoke is provided or

are, and with a layered iron sheet, armature windings load-bearing Rotorbiechpaket, d u r c h e k e n n n e i c h n e t that the permanent magnets (13) of the pathogen system (13, 14) a low, natural, have remanent induction and that the rotor laminated core (23) and / or the return path (14) has an iron fill factor (f) which is much smaller. is as o, 9 andZ or that the tooth tips (31) of the laminated rotor core (23) are at least partially reduced in size are.

2. Small motor according to claim 1, characterized in that the iron fill factor . (f) approximately equal to the mean induction in the air gap divided by the sum of medium induction in the air gap and that technically possible in the rotor core (23) Induction (BFe) is.

3. Small motor according to claim 1 or 2, characterized in that the laminations (24) of the stator lamination package (23) at least partially by a material (25) low specific gravity are separated from each other.

4. Small motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the magnetically inactive spaces between the rotor laminations (48) as spacer disks (49) are formed, the axial thickness of which is the thickness of the non-magnetic spaces and whose diameter is much smaller than that of the soft magnetic Rotor laminations (48).

5. Small motor according to one of claims 1'to 3, characterized in that that the individual rotor laminations (43, 44) with expressions, beads or the like (45) are provided, which these sheets (43, 44) at the desired distance from each other keep.

6. Small motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the spaces between the rotor laminations (24) with a plastic. (25) or the like are sprayed out.

7. Small motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the iron fill factor of the rotor core (23) and / or magnetic return (14) is on the order of 0.5 ... 0.25, preferably 0.4 ... 0.3.

8. Small motor according to one of claims 1 to 7 with a grooved Armature for a distributed winding, characterized in that the iron volume at least part of the tooth tips (29) is reduced.

9. Small motor according to claim 8, characterized in that the tooth tips (29) are reduced in width in such a way that their active cross-section is approximately which corresponds to the tooth webs (32).

lo. Small motor according to claim 8 or 9, characterized in that In the case of an approximately T-shaped tooth head (29), one leg (30) of the T is cut off.

ll. Small motor according to claim lo, characterized in that one Leg (30) cut approximately parallel to the course of the remaining leg (31) (33) is.

12. Small motor according to claim lo or 11, characterized in that with successive sheets (Figures 3, 4) one and then the other Legs of the tooth head is cut off, so that the legs of two successive In the top view (FIG. 5), metal sheets each complete to form an approximately full tooth tip.

13. Small motor according to claim 12, characterized in that the supplemented Tooth head (Figure 5) in the plan view in its center each have a small radial Has recess (34) to glue positions of the rotor (11) in the magnetic field of the stator to avoid.

14. Small motor according to claim 8 or 9, characterized in that each one (41) of n tooth tips (29) is missing, and that successive sheets (40) are each offset by one tooth pitch, so that they are in a row of teeth Toothed ridges with a tooth tip and toothed ridges without a tooth tip according to a given law alternate (Figure 7).